澳洲昆大團(tuán)隊(duì)研發(fā)新型聚合物吸附劑，短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)超99%氟化污染物去除
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-11-26 14:43:17
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近日，澳大利亞昆士蘭大學(xué)張承教授和團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)出一種基于含氟聚合物（PFPE-IEX+）的吸附劑，它可以有效去除水中的全氟/多氟烷基化合物（PFAS，Per- and poly-fluoroalkyl substances）。
圖 | 張承（來(lái)源：張承） 實(shí)驗(yàn)中，含氟聚合物柱子能夠處理超過(guò) 13 升以上的飲用水，幾乎沒(méi)有任何 PFAS 泄漏。同時(shí)，其能在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn) 99% 以上的 PFAS 去除率。 本次材料不僅在去除多種類型的 PFAS 時(shí)展現(xiàn)出極高的去除效率，并能顯著提升吸附容量，同時(shí)這種吸附劑還具備長(zhǎng)效使用和輕松再生的潛力。 為了驗(yàn)證該材料的實(shí)際效果，課題組設(shè)計(jì)了一種基于含氟聚合物的連續(xù)柱裝置，借此發(fā)展這種裝置在飲用水和垃圾填埋滲濾液等復(fù)雜水體環(huán)境中展現(xiàn)出卓越的吸附性能。 在經(jīng)過(guò)連續(xù)運(yùn)行和多次再生后，含氟聚合物柱子能在不出現(xiàn)吸附穿透的情況下，持續(xù)有效地去除水中的 PFAS。相比之下，當(dāng)使用活性炭柱子處理相同水體時(shí)，其去除效率遠(yuǎn)低于含氟聚合物柱子。 通過(guò)這項(xiàng)研究，他們不僅展示了 PFPE-IEX+ 材料的優(yōu)異性能，還證明了其在連續(xù)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。 總的來(lái)說(shuō)，這種基于柱子的處理方式可以為大規(guī)模 PFAS 污染治理提供可持續(xù)的有效解決方案，進(jìn)一步推動(dòng) PFAS 污染問(wèn)題的解決。 （來(lái)源：Nature Communications） 預(yù)計(jì)它將至少帶來(lái)六方面的應(yīng)用： 其一，用于飲用水凈化。 鑒于 PFAS 帶來(lái)的水源污染問(wèn)題，飲用水的安全性備受關(guān)注。而本次材料可以高效去除 PFAS，故能被廣泛用于飲用水處理設(shè)備，確保水中的 PFAS 含量達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。 其二，用于家庭水過(guò)濾器。 隨著公眾對(duì)飲用水安全的關(guān)注日益增加，本次材料還能讓家庭水過(guò)濾設(shè)備更有效地去除自來(lái)水中的 PFAS。 其三，用于工業(yè)廢水處理。 化工、制藥和電子制造等行業(yè)會(huì)產(chǎn)生含有 PFAS 的廢水。而本次材料能被用于工業(yè)廢水處理系統(tǒng)之中，幫助工廠既高效又經(jīng)濟(jì)地去除廢水中的 PFAS。 其四，用于垃圾填埋滲濾液處理。 垃圾填埋場(chǎng)滲濾液通常含有高濃度的 PFAS，這會(huì)對(duì)土壤和地下水構(gòu)成潛在的污染威脅。而本次材料也能用于垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液處理系統(tǒng)，從而保護(hù)周邊的環(huán)境生態(tài)。 其五，用于應(yīng)急處理和環(huán)境修復(fù)。 在一些突發(fā)的化學(xué)泄漏或污染事故中，PFAS 污染可能會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厮w和生態(tài)系統(tǒng)造成急性威脅。而本次材料可被用于便攜式應(yīng)急處理設(shè)備，從而快速凈化受污染的水源，盡快減少污染擴(kuò)散。 其六，用于 PFAS 污染監(jiān)控與治理。 對(duì)于政府和環(huán)保組織來(lái)說(shuō)，它們可以將本次技術(shù)作為一種長(zhǎng)期監(jiān)控和治理 PFAS 污染的手段。在需要持續(xù)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)景中，基于本次技術(shù)的系統(tǒng)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行，從而能夠有效地控制污染擴(kuò)散，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，進(jìn)而為環(huán)境政策制定帶來(lái)支持。 未來(lái)幾年內(nèi)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和成本的降低，研究人員相信 PFPE-IEX+ 有望成為處理 PFAS 污染的主流解決方案之一。 （來(lái)源：Nature Communications） 據(jù)研究人員介紹，PFAS 已被廣泛用于許多工業(yè)產(chǎn)品中，但隨之也帶來(lái)一種全球性的污染源。 PFAS 的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，當(dāng)采用傳統(tǒng)的水處理技術(shù)來(lái)處理短鏈 PFAS 時(shí)，效果往往不理想。 此外，現(xiàn)有技術(shù)比如活性炭和離子交換樹脂，它們?cè)谖饺萘俊⑽叫屎驮偕矫娲嬖诿黠@不足，難以有效應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的 PFAS 污染問(wèn)題。 因此，該團(tuán)隊(duì)希望開發(fā)一種既能高效吸附、又能可再生的吸附材料，從而以快速的、有選擇性的方式，從受污染的水源中去除多種 PFAS。 如前所述，該團(tuán)隊(duì)使用含氟聚合物（PFPE-IEX+）作為基礎(chǔ)材料，設(shè)計(jì)出了本次吸附劑材料，并證明其具有高親氟性和吸附能力。 期間，他們合成了含有氟聚醚鏈段的聚合物，并通過(guò)化學(xué)修飾的方法，使其具備選擇性地吸附 PFAS 的能力。 同時(shí)，課題組通過(guò)優(yōu)化聚合物的結(jié)構(gòu)，確保它既能在短時(shí)間內(nèi)捕獲多種 PFAS，又具有良好的穩(wěn)定性和可再生性。 合成材料之后，則要對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。期間，他們利用核磁共振、傅里葉紅外光譜等技術(shù)確認(rèn)了本次材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察其形態(tài)。 同時(shí)，他們還評(píng)估了本次材料在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性，確保其在酸性水體和堿性水體中都能保持較高的吸附效率。 （來(lái)源：Nature Communications） 在確定材料的基本結(jié)構(gòu)之后，他們開始測(cè)試它對(duì)于 PFAS 的吸附性能。 實(shí)驗(yàn)室中，該團(tuán)隊(duì)模擬了不同污染條件下的水體，測(cè)試了本次材料對(duì)于多種 PFAS（包括長(zhǎng)鏈和短鏈 PFAS）的去除效果。 后又通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，課題組測(cè)試了該材料的再生性能，發(fā)現(xiàn)它能通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑洗滌實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)使用，并在多輪再生之后仍能保持較高的吸附效率，這說(shuō)明其具備較好的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。 而為了驗(yàn)證本次材料在實(shí)際應(yīng)用中的潛力，他們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了基于該材料的柱式處理系統(tǒng)，并測(cè)試了其在連續(xù)水處理中的表現(xiàn)。 當(dāng)將該系統(tǒng)用于處理飲用水和垃圾填埋場(chǎng)滲濾液時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示基于 PFPE-IEX+ 的柱子在多輪處理和再生后，依然能夠保持高效去除率。 至此，PFAS 吸附材料的開發(fā)工作終于完成。 日前，相關(guān)論文以《用于高效和選擇性捕獲全氟和多氟化合物的含氟聚合物吸附劑》（Fluoropolymer sorbent for efficient and selective capturing of per- and polyfluorinated compounds）為題發(fā)在 Nature Communications[1]。 |
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